JP6982511B2

JP6982511B2 - 電動圧縮機

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Inventors: 順貴川田
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Description

本発明は、車両用空調装置などにおいて冷媒の圧縮に用いられ、インバータ及びモータを備える電動圧縮機に関し、特にモータの制動制御に関する。

この種の電動圧縮機としては、例えば、特許文献１に記載の電動圧縮機が知られている。この特許文献１に記載の電動圧縮機は、直流電源からの直流電力をインバータにより三相交流電力に変換して圧縮機駆動用のモータへ給電している。この種の電動圧縮機では、圧縮機停止の際に、その圧縮機構における冷媒の吸入圧力領域と吐出圧力領域との圧力差によって圧縮機構が逆回転すると共に、この逆回転により異音が生じ得ることが知られている。

この点、特許文献１に記載の電動圧縮機では、前記逆回転及び前記異音の発生の防止対策として、圧縮機停止の際に制動制御を実行する。詳しくは、この電動圧縮機では、外部から圧縮機停止指令が入力されると前記インバータを構成する複数のスイッチング素子への通電を遮断し、その後、前記制動制御としてゼロベクトル通電や直流励磁通電を実行している。つまり、この電動圧縮機は、前記ゼロベクトル通電では、複数のスイッチング素子のうちの正電圧側又は負電圧側の全てのスイッチング素子を通電し、前記直流励磁通電では、正電圧側の一つのスイッチング素子と負電圧側の一つのスイッチング素子を通電し、これらにより、前記圧縮機構の逆回転の防止を図っている。

特開２０００−２８７４８５号公報

しかし、特許文献１に記載の電動圧縮機のように、外部からの圧縮機停止指令に応じて全てのスイッチング素子への通電を遮断したとき、その圧縮機構は惰性により回転している。したがって、この状態で、前記制動制御（前記ゼロベクトル通電や前記直流励磁通電）が実行されると、前記圧縮機構の回転エネルギーが前記インバータの回路に流れる電流（いわゆる回生電流ともいえる）として出現する。このため、前記制動制御により、前記圧縮機構の回転が急激に停止されると、前記インバータの回路に流れる前記電流は急増し、前記インバータの回路を構成する前記スイッチング素子に過大な電流が流れる場合がある。この場合、前記スイッチング素子が破損するおそれがあり、その工夫が求められている。

本発明は、このような実状に鑑み、スイッチング素子の破損を防止しつつ、圧縮機構の回転を迅速に停止させることができる電動圧縮機を提供することを目的とする。

本発明の一側面によると、回転により冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構と、前記圧縮機構を駆動するモータと、前記モータと直流電源との間に接続され、複数のスイッチング素子を有するモータ駆動回路と、外部からの圧縮機運転指令に応答して前記複数のスイッチング素子の駆動を制御することにより前記モータを駆動させるモータ駆動制御と、外部からの圧縮機停止指令に応答して全ての前記スイッチング素子をオフ状態とした後に、前記モータに負荷を与えるように前記複数のスイッチング素子のうちの所定のスイッチング素子の駆動を制御する制動制御を行うことにより、前記圧縮機構の回転を停止させる停止制御と、を実行する制御部と、を備える、電動圧縮機が提供される。前記電動圧縮機は、前記モータ駆動回路に流れる電流を検出する電流検出ユニットを含む。前記制御部は、前記制動制御において、前記電流検出ユニットにより検出された検出電流値が所定の第１閾値より高い場合には、全ての前記スイッチング素子をオフ状態にする。前記制御部は、前記制動制御において、前記検出電流値が前記第１閾値より低い場合には、前記検出電流値が前記第１閾値より低い所定の第２閾値を超えないように、前記所定のスイッチング素子の駆動パターンを調整する。

本発明の一側面による前記電動圧縮機では、前記制御部による前記制動制御において、前記電流検出ユニットにより検出された検出電流値が所定の第１閾値より高い場合には、前記制御部により、全ての前記スイッチング素子は、強制的にオフ状態となる。したがって、例えば、前記第１閾値を、前記スイッチング素子が破損等する値よりも十分に低い値等に設定するだけで、前記スイッチング素子の破損を確実に防止することができる。また、前記制動制御において、前記検出電流値が前記第１閾値より低い場合には、前記制御部により、前記所定のスイッチング素子の駆動パターンは、前記検出電流値が前記第１閾値より低い所定の第２閾値を超えないように調整される。したがって、前記スイッチング素子の破損を確実に防止しつつ、前記制動制御を継続することができるため、前記圧縮機構の回転を迅速に停止させることができ、前記圧縮機構の逆回転及びこの逆回転による異音の発生を、迅速に防止又抑制することができる。

このように、スイッチング素子の破損を確実に防止しつつ、圧縮機構の回転を迅速に停止させることができる電動圧縮機を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る電動圧縮機の概略の外観を示す図である。前記電動圧縮機のモータ駆動回路を含む概略の回路図である。停止制御の際にモータ駆動回路に過電流が流れた場合における状態を示したイメージ図である。停止制御の際に、前記過電流がモータ駆動回路に流れることが防止された状態を示したイメージ図である。前記制御部による制御動作の概略を説明するためのフロー図である。前記制御部による停止制御の動作を説明するためのフロー図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による電動圧縮機の外観の概略を示している。

本実施形態における電動圧縮機１は、例えば車両用空調装置の冷媒回路に組み込まれ、この車両用空調装置の冷媒を吸入し、圧縮して吐出する。電動圧縮機１は、いわゆるインバータ一体型の電動圧縮機であり、ハウジング２と、回転により冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構３と、圧縮機構３を駆動するモータ４と、モータ４に給電するためのインバータ５とを備える。

ハウジング２は、圧縮機構３、モータ４及びインバータ５を内部に収容する。本実施形態において、ハウジング２は、メインハウジング２Ａ、インバータハウジング２Ｂ、及び、蓋部材２Ｃ、２Ｄを含んで構成される。これら（２Ａ〜２Ｄ）は、ボルトなどによって一体的に締結される。

メインハウジング２Ａ内には、圧縮機構３とモータ４とが収容される。圧縮機構３とモータ４は、モータ４の駆動軸４ａの中心軸線Ｘに沿って直列的に配置される。インバータハウジング２Ｂ内には、インバータ５が収容される。このように、ハウジング２内において、モータ４は圧縮機構３とインバータ５との間に位置するように配置される。インバータハウジング２Ｂは、インバータハウジング２Ｂは、円筒部とその一端側の底壁部とから構成される。インバータハウジング２Ｂの円筒部の他端側の開口部は蓋部材２Ｄによって閉止される。したがって、ハウジング２内の領域は、インバータハウジング２Ｂの前記底壁部により、圧縮機構３とモータ４とを収納する第１空間Ｓ１とインバータ５を収容する第２空間Ｓ２とに仕切られている。

圧縮機構３は、例えば、互いに噛み合わされる固定スクロールと旋回スクロールとを有するスクロール型の圧縮機構であり、駆動軸４ａに連結される。前記旋回スクロールは、前記固定スクロールの軸心周りに公転旋回運動可能に駆動軸４ａに連結されており、前記旋回スクロールと前記固定スクロールとの間に圧縮室が形成されている。前記旋回スクロールが前記公転旋回運動することにより、前記圧縮室の容積が変化する。そして、前記冷媒回路の低圧部から図示省略した吸入口を介してメインハウジング２Ａ内に吸入された低圧の冷媒は、前記圧縮室で圧縮されつつ圧縮機構３の中心部へと導かれる。圧縮機構３の中心部へと導かれた冷媒は、図示省略した吐出口を介して前記冷媒回路の高圧部に吐出される。

モータ４は、例えば、３相のブラシレスモータからなり、スター結線されたＵ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルを有する。

図２は、本実施形態における後述するモータ駆動回路５２を含むインバータ５の回路の概略図である。

インバータ５は、図示を省略したバッテリー等の外部の直流電源Ｂからの直流電力を三相交流電力に変換してモータ４に給電するものである。インバータ５は、その回路構成として、平滑用のコンデンサ５１と、モータ駆動回路５２と、モータ駆動回路５２の駆動を制御する制御部５３と、電流検出ユニット５４と、を有する。

コンデンサ５１は、外部の直流電源Ｂからの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をモータ駆動回路５２へ供給する。

モータ駆動回路５２は、モータ４と直流電源Ｂとの間に接続され、複数のスイッチング素子としての同一の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（以下「ＩＧＢＴ」という；ＩＧＢＴ＝Insulated Gate Bipolar Transistor ）Ｑ１〜Ｑ６を有する。

複数のスイッチング素子としてのＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６は、それぞれの駆動（オン・オフ）が制御部５３により制御されることにより、コンデンサ５１からの直流電圧を交流電圧に変換してモータ４に供給する。ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６は、直流電源Ｂの高圧ラインＨ（換言すると高電圧側ライン）と接地ラインＬ（換言すると接地側ライン）との間において、互いに並列的に接続されるＵ相アーム、Ｖ相アーム及びＷ相アームに区分される。コンデンサ５１は、高圧ラインＨ及び接地ラインＬにおけるＵ相アームの接続点よりも直流電源Ｂ側の部位に接続されている。

前記Ｕ相アームは、高圧ラインＨと接地ラインＬとの間において、直列的に接続される２つのＩＧＢＴ（Ｑ１，Ｑ２）を備える。２つのＩＧＢＴ（Ｑ１，Ｑ２）には、ダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれＩＧＢＴに対して逆並列に接続される。

前記Ｖ相アームも、高圧ラインＨと接地ラインＬとの間において、直列的に接続される２つのＩＧＢＴ（Ｑ３，Ｑ４）を備える。２つのＩＧＢＴ（Ｑ３，Ｑ４）には、ダイオードＤ３，Ｄ４がそれぞれＩＧＢＴに対して逆並列に接続される。

前記Ｗ相アームも、高圧ラインＨと接地ラインＬとの間において、直列的に接続される２つのＩＧＢＴ（Ｑ５，Ｑ６）を備える。２つのＩＧＢＴ（Ｑ５，Ｑ６）には、ダイオードＤ５，Ｄ６がそれぞれＩＧＢＴに対して逆並列に接続される。

本実施形態において、ＩＧＢＴ（Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５）が本発明に係る「ハイサイド素子」（換言すると電源側素子）に相当し、ＩＧＢＴ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）が本発明に係る「ローサイド素子」（換言すると接地側素子）に相当し、ＩＧＢＴ（Ｑ１，Ｑ２）、ＩＧＢＴ（Ｑ３，Ｑ４）、ＩＧＢＴ（Ｑ５，Ｑ６）がそれぞれ本発明に係る「同位相の一対のハイサイド素子及びローサイド素子」に相当する。このようにして、直流電源Ｂの高圧ラインＨと接地ラインＬとの間において、直列的に接続される同位相の一対のハイサイド素子及びローサイド素子（ＩＧＢＴ（Ｑ１，Ｑ２）、ＩＧＢＴ（Ｑ３，Ｑ４）、ＩＧＢＴ（Ｑ５，Ｑ６））を、３相分だけ並列的に有するモータ駆動回路５２が構成される。

前記Ｕ相アーム、Ｖ相アーム、Ｗ相アームのそれぞれの中間点は、モータ４の対応する相のコイルの一端に接続される。すなわち、ＩＧＢＴ（Ｑ１，Ｑ２）の中間点がＵ相コイルに接続され、ＩＧＢＴ（Ｑ３，Ｑ４）の中間点がＶ相コイルに接続され、ＩＧＢＴ（Ｑ５，Ｑ６）の中間点がＷ相コイルに接続される。

制御部５３は、モータ駆動回路５２の駆動を制御するものであり、モータ４に電力を供給してモータ４を駆動するためのモータ駆動制御や、圧縮機構３の回転（詳しくは前記旋回スクロールの前記公転旋回運動）を停止させるための停止制御を実行する。

前記モータ駆動制御では、制御部５３は、車両空調制御装置等の外部からの圧縮機運転指令に応答して複数のスイッチング素子としてのＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６の駆動を制御することによりモータ４を駆動させる。制御部５３は、例えば、前記モータ駆動制御では、ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６に対するＰＷＭ制御（擬似的に正弦波を得るために一定周期でパルス幅を変調した電圧を発生させる制御）により、コンデンサ５１からの直流電圧を交流電圧に変換してモータ４に供給し、モータ４を駆動させる。詳しくは、制御部５３は、前記モータ駆動制御では、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相への正弦波電圧に合わせて、各相アームにおけるハイサイド素子としてのＩＧＢＴ（Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５）のオン期間（通電期間）とローサイド素子としてのＩＧＢＴ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）のオン期間（通電期間）との比率を制御することにより擬似的な交流電圧を発生させる。

前記停止制御では、制御部５３は、車両空調制御装置等の外部からの圧縮機停止指令に応答して全てのＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６をオフ状態（通電遮断状態）とした後に、モータ４に負荷を与えるようにＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６のうちの所定のスイッチング素子（以下、適宜に制動制御用素子という）の駆動を制御する制動制御を行うことにより、圧縮機構３の回転（前記旋回スクロールの前記公転旋回運動）を停止させる。つまり、制御部５３は、前記モータ駆動制御中に、外部から圧縮機停止指令の信号が入力されると、前記停止制御のモードに切り替わり、まず、全てのＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６がオフ状態となるようにＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６の駆動を制御する。これにより、圧縮機構３は惰性回転状態となる。制御部５３は、圧縮機構３が惰性回転している状態で、前記制動制御用素子についての駆動を制御する前記制動制御を行うことにより、モータ４に負荷を与える。その結果、モータ４に連結された圧縮機構３の惰性回転に対する制動力が発生し、圧縮機構３の回転が停止する。前記制動制御により発生させる圧縮機構３の回転に対する制動力の大きさは、圧縮機構３やモータ４の特性や前記制動制御用素子のオン期間等に基づいて定まる。なお、制御部５３における前記制動制御を含む前記停止制御の内容や、前記制動制御用素子については、後に更に詳述する。

電流検出ユニット５４は、モータ駆動回路５２に流れる電流を検出するためのものであり、モータ駆動回路５２に設けられるシャント抵抗を利用して検出する方式や電流センサを利用して検出する方式等の適宜の方式を採用することができる。本実施形態では、電流検出ユニット５４は、シャント抵抗を利用したいわゆる１シャント方式からなるものである。詳しくは、電流検出ユニット５４は、モータ駆動回路５２と直流電源Ｂの接地側とを接続する接地ラインＬに設けられる一つのシャント抵抗５４ａと、シャント抵抗５４ａに流れる電流（相電流）を検出する電流検出部５４ｂとからなる。電流検出部５４ｂにより検出された検出電流値Ｉに対応する信号は制御部５３に入力される。なお、シャント抵抗を利用する場合は、１シャント方式に限らず、３シャント方式であってもよい。この場合、図示省略するが、シャント抵抗５４ａは、モータ駆動回路５２における各ローサイド素子としてのＩＧＢＴ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）と接地ラインＬとの間にそれぞれ設けられる。

ところで、前述したように、制御部５３が外部からの圧縮機停止指令に応じて全てのＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６をオフ状態に駆動させた後は、圧縮機構３は惰性により回転する。したがって、この状態で、図３に示すように、前記制動制御として、例えば、全てのローサイド素子又は全てのハイサイド素子（図３では、ローサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）を同時にオン状態（Ｈｉ状態ともいう）にする制御を実行するものとする。この場合、圧縮機構３の回転エネルギーがモータ駆動回路５２に流れる電流（いわゆる回生電流ともいえる）として出現する。ここで、前記制動制御により発生する圧縮機構３の回転に対する制動力が過剰であると、圧縮機構３の回転は、前記制動制御の開始直後等に急停止する。つまり、図３に示すように、仮に、制御部５３が、前記制動制御として、ローサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）を同時にオン状態に維持する（換言するとデューティ比１００％でローサイド素子を駆動させる）制御を実行すると、モータ駆動回路５２に過電流が流れる。この過電流は、図３の最下段に示されるように、電流検出部５４ｂにより検出される検出電流値Ｉの急激な跳ね上がりとして出現する。この結果、この過電流によりローサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）等が破損する可能性がある。

この問題点に対する対策として、本実施形態における制御部５３は、以下に詳述する制御動作を実行するように構成されている。

次に、制御部５３による前記制動制御を含む前記停止制御について、図４を参照して詳述する。図４は、前記停止制御の際にモータ駆動回路５２に流れ得る電流を説明するためのイメージ図である。

制御部５３は、前記停止制御における前記制動制御において、電流検出ユニット５４により検出された検出電流値Ｉが所定の第１閾値Ｉ₁より高い場合には、全てのＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６をオフ状態とする。

また、制御部５３は、前記制動制御において、検出電流値Ｉが第１閾値Ｉ₁より低い場合には、検出電流値Ｉが第１閾値Ｉ₁より低い所定の第２閾値Ｉ₂を超えないように、前記制動制御用素子の駆動パターンを調整する。その結果、図４の最下段に示すように、前記制動制御によりモータ駆動回路５２に流れる電流のピーク値は、点線で示したデューティ比１００％で前記制動制御用素子を駆動させた場合（図３の場合）のピーク値よりもΔＩ分だけ大幅に低下している。

本実施形態では、前記駆動パターンの調整の対象となる前記所定のスイッチング素子としての前記制動制御用素子は、全てのローサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）であるものとする。

本実施形態では、第１閾値Ｉ₁はＩＧＢＴの破損するおそれのある電流値よりも低い値に設定され、例えば、モータ４の過負荷発生時に生じ得る異常電流値相当の値に設定されている。第２閾値Ｉ₂は、前記モータ駆動制御における起動時に生じる起動電流のピーク値に設定されている。第２閾値Ｉ₂の電流は、起動時にモータ駆動回路５２に流れるため、第２閾値Ｉ₂の電流に対して耐性を有するＩＧＢＴがＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６として選定されている。また、第２閾値Ｉ₂は、起動後の前記モータ駆動制御中にモータ駆動回路５２に流れる定格電流値Ｉ₀よりも高い。つまり、第１閾値Ｉ₁＞第２閾値Ｉ₂＞定格電流値Ｉ₀の関係が成立している。

具体的には、前記制動制御における全てのローサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）の前記駆動パターンの調整は、所定の周期Ｔに占める全てのローサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）におけるオン状態の時間の割合を示すデューティ比Ｄを、所定の周期Ｔ毎に変更することにより実行される。

より具体的には、制御部５３は、前記制動制御の開始時に、デューティ比Ｄについて予め定めた初期デューティ比Ｄ₀に基づく時間分だけ全てのローサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）をオン状態にした後、検出電流値Ｉが第２閾値Ｉ₂より低い場合には、デューティ比Ｄを所定割合分ΔＤだけ増加させ、検出電流値Ｉが第２閾値Ｉ₂より高い場合には、デューティ比Ｄを維持し、又は、デューティ比Ｄを所定割合分ΔＤだけ減少させる。なお、本実施形態では、制御部５３は、検出電流値Ｉが第２閾値Ｉ₂より高い場合には、デューティ比Ｄを所定割合分ΔＤだけ減少させる場合を一例に挙げて、以下説明する。

より詳しくは、制御部５３は、前記制動制御として、全てのローサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）に対して、同時に且つ断続的にオン状態にするゼロベクトル通電を実行する。つまり、このゼロベクトル通電は、前記制動制御の間中、図３に示すように維持されるのではなく、図４に示すように周期Ｔ毎にデューティ比Ｄに応じた期間（時間）分だけ解除（オフ）される。

次に、制御部５３の制御動作について、図４〜図６を参照して更に詳述する。図５は制御部５３の制御動作の全体を説明するためのフロー図であり、図６は制御部５３による前記停止制御の動作を説明するためのフロー図である。以下に説明するＳＴＥＰ１及びＳＴＥＰ２が前記モータ駆動制御に相当し、ＳＴＥＰ３〜ＳＴＥＰ７が前記停止制御に相当する。

車両空調制御装置等の外部からの圧縮機運転指令の信号が制御部５３に入力されると（ＳＴＥＰ１）、制御部５３は前記モータ駆動制御を実行し、これにより、モータ４に交流電力が給電され、モータ４が駆動（回転）する（ＳＴＥＰ２）。

前記モータ駆動制御の実行中に、車両空調制御装置等の外部からの圧縮機停止指令の信号が制御部５３に入力されると、制御部５３は、前記停止制御のモードに切り替わる。そして、制御部５３は、圧縮機停止指令の信号に応答して、即時に、全てのＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６をオフ状態（通電遮断状態）に駆動させる（ＳＴＥＰ３）。このとき、制御部５３は、圧縮機停止指令の入力時刻からの時間ｔ1の計時を開始し、ＳＴＥＰ４に進む。

ＳＴＥＰ４では、制御部５３は、前記圧縮機停止指令がモータ等の故障・保護機能による停止指令か否かを判定する。前記圧縮機停止指令がモータ等の故障・保護機能による停止指令である場合、つまり、異常停止であった場合（ＳＴＥＰ４：ＹＥＳ）は、ＳＴＥＰ５に進み、前記圧縮機停止指令がモータ等の故障・保護機能による停止指令でない場合（ＳＴＥＰ４：ＮＯ）は、ＳＴＥＰ６に進む。

ＳＴＥＰ５では、制御部５３は、前記制動制御を実行せず（制動制御非作動）、そのまま、全てのＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６はオフ状態となり、圧縮機構３の回転数は徐々に低下して、前記制動制御非作動の状態で圧縮機構３の回転は停止する。この場合、電動圧縮機１に異常が発生している状態であるため、この状態での前記制動制御による２次的な故障等の発生を防止するため、前記制動制御は実行されない。

ＳＴＥＰ６では、制御部５３は、前記停止制御における前記制動制御の状態に移行する（制動制御作動）。制御部５３は、前記制動制御の作動状態になると、図６に示すように、まず、圧縮機停止指令の入力時刻からの時間ｔ1が所定の時間ｔ01を経過したか（ｔ1＞ｔ01）否かを判定する（ＳＴＥＰ６１）。制御部５３は、時間ｔ1が所定の時間ｔ01を経過している場合（ＳＴＥＰ６１：ＹＥＳ）は、ＳＴＥＰ６２に進み前記制動制御の実行を開始する。一方、制御部５３は、時間ｔ1が所定の時間ｔ01を経過していない場合（ＳＴＥＰ６１：ＮＯ）は、経過するまでＳＴＥＰ６１を繰り返す。圧縮機停止指令の入力時刻から所定の時間ｔ01経過すると、圧縮機構３の惰性回転の回転数は、圧縮機停止指令の入力直後の回転数よりも適度に低下している。所定の時間ｔ01は圧縮機構３やモータ４の特性等に応じて適宜に定めることができる。

ＳＴＥＰ６２では、初期デューティ比Ｄ₀に基づく時間分だけ全てのローサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）をオン状態に駆動させる。このとき、全てのハイサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５）はオフ状態に維持されている。初期デューティ比Ｄ₀は、制御部５３に変更可能に予め設定されており、例えば、５０％程度に設定されている。そして、制御部５３は、前記制動制御の開始時刻（つまり、全てのローサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）をオンした時刻）からの時間ｔ2の計時を開始し、ＳＴＥＰ６３に進む。

ＳＴＥＰ６３では、制御部５３は、電流検出ユニット５４により検出された検出電流値Ｉが第１閾値Ｉ₁より高いか否かを判定する。検出電流値Ｉが第１閾値Ｉ₁より高い場合は（ＳＴＥＰ６３：ＹＥＳ）は、ＳＴＥＰ６４に進み。検出電流値Ｉが第１閾値Ｉ₁より低い場合（ＳＴＥＰ６３：ＮＯ）は、ＳＴＥＰ６５に進む。

ＳＴＥＰ６４では、制御部５３は、全てのローサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）はオフ状態に駆動（換言するとデューティ比Ｄ＝０％）される。これにより、全てのＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６がオフ状態となり、制御部５３による前記制動制御が終了し、制御部５３は、ＳＴＥＰ７に進み、前記停止制御を終了する。

ＳＴＥＰ６５では、制御部５３は、検出電流値Ｉが第２閾値Ｉ₂以下であるか否かを判定する。検出電流値Ｉが第２閾値Ｉ₂以下である場合（ＳＴＥＰ６５：ＹＥＳ）は、ＳＴＥＰ６６Ａに進み、検出電流値Ｉが第２閾値Ｉ₂以下でない場合、換言すると、第２閾値Ｉ₂を超えている場合（ＳＴＥＰ６５：ＮＯ）は、ＳＴＥＰ６６Ｂに進む。

ＳＴＥＰ６６Ａでは、検出電流値Ｉが第２閾値Ｉ₂以下であるため、前記制動制御による制動力を増加させることが十分に許容される。したがって、制御部５３は、デューティ比Ｄを所定割合分ΔＤ（＝β％）だけ増加させる。この増加調整用のΔＤは、後述する減少調整用のΔＤと共に、圧縮機構３やモータ４の特性等に基づいて変更可能に制御部５３に予め設定されている。増加調整用のΔＤは、減少調整用のΔＤと一致させてもよいし、異なる値に設定してもよい。制御部５３は、前回値よりΔＤだけ増加させたデューティ比Ｄで、全てのローサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）を同時にオン状態に駆動させる。これにより、制動力が前回よりも増加する。このデューティ比Ｄの調整は、所定の周期Ｔ毎に実行され、制御部５３はＳＴＥＰ６７に進む。

ＳＴＥＰ６６Ｂでは、第２閾値Ｉ₂を超えているものの、ＳＴＥＰ６３でＮＯ、つまり、検出電流値Ｉが第１閾値Ｉ₁より低い場合（Ｉ₂＜Ｉ＜Ｉ₁）である。したがって、前記制動制御による制動力を増加させることが若干許容されるが、本実施形態では、ＩＧＢＴの破損防止の確実性を高めるため、制動力を減少させる方向の制御を行う。つまり、制御部５３は、デューティ比Ｄを所定割合分ΔＤ（＝γ％）だけ減少させる。制御部５３は、前回値よりΔＤだけ減少させたデューティ比Ｄで、全てのローサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）を同時にオン状態に駆動させる。これにより、制動力が前回よりも減少する。このデューティ比Ｄの調整は、所定の周期Ｔ毎に実行され、制御部５３はＳＴＥＰ６７に進む。

ＳＴＥＰ６７では、制御部５３は、現在のデューティ比Ｄが１００％であるか否かを判定する。制御部５３は、現在のデューティ比Ｄが１００％である場合（ＳＴＥＰ６７：ＹＳＥ）は、最大制動力で圧縮機構３をクランプする状態となる（ＳＴＥＰ６８）。一方、制御部５３は、現在のデューティ比Ｄが１００％より小さい場合（ＳＴＥＰ６７：ＮＯ）は、例えば、ＳＴＥＰ６３に戻り、ＳＴＥＰ６３でＹＥＳと判定しない限り、現在のデューティ比Ｄが１００％に達する（ＳＴＥＰ６７：ＹＥＳ）まで、ＳＴＥＰ６５における判定結果に応じて、デューティ比Ｄの増減調整（ＳＴＥＰ６６Ａ、ＳＴＥＰ６６Ｂ）を実行する。

ＳＴＥＰ６８では、制御部５３は、最大制動力で圧縮機構３をクランプした状態となり、ＳＴＥＰ６９に進む。この最大制動力で圧縮機構３をクランプした状態において、圧縮機構３の回転は必ず停止しているとは限らず、正回転の状態で惰性回転している場合もある。正回転とは、通常の圧縮機運転状態における回転方向である。

ＳＴＥＰ６９では、制御部５３は、前記制動制御の開始時刻（つまり、全てのローサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）をオンした時刻）からの時間ｔ2（制動時間）が所定の時間ｔ02を経過したか（ｔ2＞ｔ02）否かを判定する。制御部５３は、時間ｔ2が時間ｔ02を経過している場合（ＳＴＥＰ６９：ＹＥＳ）は、ＳＴＥＰ６４に進んで、全てのＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６がオフ状態となり、制御部５３による前記制動制御が終了する。そして、制御部５３は、ＳＴＥＰ７に進み、前記停止制御を終了する。

一方、制御部５３は、時間ｔ2が所定の時間ｔ02を経過していない場合（ＳＴＥＰ６９：ＮＯ）は、ＳＴＥＰ６９Ａに進む。

ＳＴＥＰ６９Ａでは、制御部５３は、検出電流値Ｉが上昇傾向であるか否かを判定する。制御部５３は、検出電流値Ｉが下降傾向又は略変動がない場合（ＳＴＥＰ６９Ａ：ＮＯ）は、ＳＴＥＰ６８に戻り、最大制動力での圧縮機構３のクランプを維持する。

一方、制御部５３は、検出電流値Ｉが上昇傾向である場合（ＳＴＥＰ６９Ａ：ＹＥＳ）は、例えば、デューティ比Ｄをリセットして初期デューティ比Ｄ₀に戻すと共に、ＳＴＥＰ６３に戻る。そして、制御部５３は、ＳＴＥＰ６３でＹＥＳと判定しない限り、時間ｔ2が時間ｔ02に達する（ＳＴＥＰ６９：ＹＥＳ）まで、上記各ＳＴＥＰの制御を実行する。なお、前記所定の時間ｔ02についても、圧縮機構３やモータ４の特性等に応じて適宜に定めることができる。

ここで、前述したように、ＳＴＥＰ６８において、最大制動力で圧縮機構３をクランプした状態において、圧縮機構３が正回転で惰性回転している場合もある。そのため、圧縮機構３の惰性回転を確実に停止させるために、最大制動力に達した後、この状態を所定時間維持する必要がある。このため、制御部５３は、ＳＴＥＰ６９により、前記制動制御の開始時刻からの時間ｔ2が十分な制動時間（時間ｔ02）分だけ経過したか否かを判定している。

また、正回転で惰性回転していた圧縮機構３の回転が停止したとしても、スクロール型の圧縮機構３では、前記固定スクロールに対する前記旋回スクロールの旋回角度位置が所定の角度範囲にある状態で、前記旋回スクロールの回転が停止すると、高圧の吐出圧力領域と低圧の吸入圧力領域との連通が維持される。その結果、前記吐出圧力領域と前記吸入圧力領域との圧力差によって、一旦停止した前記旋回スクロールが逆回転し始める場合がある。この点、本実施形態では、この逆回転を、以下に説明するようにＳＴＥＰ６９Ａにより検知可能である。つまり、前記制動制御の開始時刻からの時間ｔ2が所定の時間ｔ02に達する前に、圧縮機構３の正回転は停止する。この状態で、検出電流値Ｉはゼロ又は略ゼロである。そして、圧縮機構３の前記旋回スクロールが、例えば、前記圧力差により逆回転し得る前記所定の角度範囲で停止してしまった場合、前記旋回スクロールが逆回転し始める。このとき、この逆回転により回生電流が発生し、その結果、検出電流値Ｉは上昇し始める。ＳＴＥＰ６９Ａは、この検出電流値Ｉの上昇の検知により、圧縮機構３の逆回転を検知する（ＳＴＥＰ６９Ａ：ＹＥＳ）。そして、制御部５３は、デューティ比Ｄを初期デューティ比Ｄ₀に戻して、この逆回転に対して、前記制動制御を実行し、この逆回転を速やかに停止させて、異音の発生を抑制又は防止する。

換言すると、本実施形態では、制御部５３は、前記制動制御による圧縮機構３に対する制動力が最大に達した後（ＳＴＥＰ６７：ＹＥＳ）に、前記検出電流値の上昇を検知しない状態（ＳＴＥＰ６９Ａ：ＮＯ）が前記制動制御の開始時刻から所定時間ｔ02経過するまで（ＳＴＥＰ６９：ＹＥＳ）継続した場合は、前記制動制御を終了し、前記制動制御による前記圧縮機構に対する制動力が最大に達し（ＳＴＥＰ６７：ＹＥＳ）、且つ、前記制動制御の開始時刻から所定時間ｔ02経過する前（ＳＴＥＰ６９：ＮＯ）に、検出電流値Ｉの上昇を検知した場合（ＳＴＥＰ６９Ａ：ＹＥＳ）は、前記制動制御を継続する。

なお、前記逆回転を防止するためには、例えば、前記旋回スクロールを公転旋回させるためのクランクピン等の回転位置を検知するセンサ等を設ける。そして、制御部５３は、前記旋回スクロールの前記旋回角度位置を前記センサ等により常時モニタリングし、前記旋回スクロールが前記所定の角度範囲以外の角度範囲で停止するタイミングで、最大制動力を発生させるようにＩＧＢＴの駆動を制御すればよい。

本実施形態による電動圧縮機１によれば、制御部５３による前記制動制御において、検出電流値Ｉが第１閾値Ｉ₁より高い場合には、制御部５３により、全てのＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６は、強制的にオフ状態となる。したがって、例えば、第１閾値Ｉ₁を、ＩＧＢＴが破損等する値よりも十分に低い値等に設定するだけで、ＩＧＢＴの破損を確実に防止することができる。また、前記制動制御において、検出電流値Ｉが第１閾値Ｉ₁より低い場合には、制御部５３により、全てのローサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）の駆動パターンは、検出電流値Ｉが第１閾値Ｉ₁より低い所定の第２閾値Ｉ₂を超えないように調整される。したがって、ＩＧＢＴの破損を確実に防止しつつ、前記制動制御を継続することができるため、圧縮機構３の回転を迅速に停止させることができ、圧縮機構３の逆回転及びこの逆回転による異音の発生を、迅速に防止又抑制することができる。このようにして、スイッチング素子としてのＩＧＢＴの破損を確実に防止しつつ、圧縮機構３の回転を迅速に停止させることができる電動圧縮機１を提供することができる。

また、本実施形態では、第２閾値Ｉ₂は、前記モータ駆動制御における起動時に生じる起動電流のピーク値である構成とした。これにより、前記制動制御によりモータ駆動回路５２に流れる電流の値を、概ね、通常の運転時に生じる起動電流の近傍に抑えることができるため、ＩＧＢＴの破損をより確実に防止することができる。

本実施形態では、前記動制御における全てのローサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）の駆動パターンの調整は、デューティ比Ｄを、所定の周期Ｔ毎に変更することにより実行される構成とした。これにより、前記駆動バターンの調整を容易に実行することができる。

本実施形態では、制御部５３は、前記制動制御の開始時に、予め定めた初期デューティ比Ｄ₀に基づく時間分だけ全てのローサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）をオン状態にする構成とした。これにより、初期デューティ比Ｄ₀を１００％よりも十分に低い値（本実施形態では、５０％とした）に設定するだけで、前記制動制御の開始時にモータ駆動回路５２に流れる電流の値を、確実に第１閾値Ｉ₁よりも十分に低く抑えることができ、ＩＧＢＴの破損をより確実に防止することができる。

本実施形態では、制御部５３は、初期デューティ比Ｄ₀から前記制動制御を開始して、初期デューティ比Ｄ₀に基づく時間分だけ全てのローサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）をオン状態した後、検出電流値Ｉが第２閾値Ｉ₂以下である場合には、デューティ比Ｄを所定割合分ΔＤだけ増加させ、検出電流値Ｉが第２閾値Ｉ₂より高い場合には、デューティ比Ｄを所定割合分ΔＤだけ減少させる構成とした。つまり、前記制動制御による制動力を増加させることが十分に許容される場合（Ｉ≦Ｉ₂）は、制動力を高め、それ以外の場合は、安全のため制動力を低くしている。これにより、圧縮機構３の回転をより迅速に停止させると共に、ＩＧＢＴの破損のリスクをより確実に低下させることができる。

なお、本実施形態では、前記駆動パターンの調整の対象となる前記所定のスイッチング素子としての前記制動制御用素子は、全てのローサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）であるものとしたが、これに限らず、全てのハイサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５）でもよい。

また、本実施形態では、制御部５３は、ＳＴＥＰ６６Ｂにおいて、検出電流値Ｉが第２閾値Ｉ₂より高い場合には、デューティ比Ｄを所定割合分ΔＤだけ減少させる構成としたが、これに限らない。制御部５３は、ＳＴＥＰ６６Ｂにおいて、検出電流値Ｉが第２閾値Ｉ₂より高い場合には、デューティ比Ｄを前回値に維持するように構成してもよい。

また、本実施形態では、制御部５３は、前記制動制御として、全ての前記ローサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）又は全てのハイサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５）に対して、同時に且つ断続的にオン状態にするゼロベクトル通電を実行するものとしたが、これに限らない。制御部５３は、例えば、（１）ハイサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５）のうちの１つのＩＧＢＴとローサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）のうちの１つのＩＧＢＴとを断続的にオン状態に駆動したり、（２）ハイサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５）のうちの２つのＩＧＢＴとローサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）のうちの１つのＩＧＢＴとを断続的にオン状態に駆動したり、（３）ハイサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５）のうちの１つのＩＧＢＴとローサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）のうちの２つのＩＧＢＴとを断続的にオン状態に駆動したりしてもよい。なお、これらの場合、同位相のハイサイド素子及びローサイド素子が同時にオン状態とならないように、駆動対象のＩＧＢＴを定める。つまり、例えば、ハイサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５）のうちの１つのＩＧＢＴとローサイド素子ＩＧＢＴ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）のうちの１つのＩＧＢＴとを断続的にオン状態に駆動する場合において、ハイサイド素子としてＱ１を選択する場合は、ローサイド素子としてＱ４又はＱ６を選択する。

以上、本発明の実施形態及びその変形例について説明したが、本発明は上述の実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて更なる変形や変更が可能であることはもちろんである。

１…電動圧縮機、３…圧縮機構、４…モータ、５２…モータ駆動回路、５３…制御部、５４…電流検出ユニット、Ｂ…直流電源、Ｄ…デューティ比、Ｄ₀…初期デューティ比、Ｈ…高圧ライン、Ｌ…接地ライン、Ｉ₁…第１閾値、Ｉ₂…第２閾値、ＩＧＢＴ（Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５）…ハイサイド素子、ＩＧＢＴ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）…ローサイド素子、Ｑ１〜Ｑ６…スイッチング素子（ＩＧＢＴ）

Claims

回転により冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構と、
前記圧縮機構を駆動するモータと、
前記モータと直流電源との間に接続され、複数のスイッチング素子を有するモータ駆動回路と、
外部からの圧縮機運転指令に応答して前記複数のスイッチング素子の駆動を制御することにより前記モータを駆動させるモータ駆動制御と、外部からの圧縮機停止指令に応答して全ての前記スイッチング素子をオフ状態とした後に、前記モータに負荷を与えるように前記複数のスイッチング素子のうちの所定のスイッチング素子の駆動を制御する制動制御を行うことにより、前記圧縮機構の回転を停止させる停止制御と、を実行する制御部と、
を備える、電動圧縮機であって、
前記モータ駆動回路に流れる電流を検出する電流検出ユニットを含み、
前記制御部は、
前記制動制御において、前記電流検出ユニットにより検出された検出電流値が所定の第１閾値より高い場合には、全ての前記スイッチング素子をオフ状態にし、
前記制動制御において、前記検出電流値が前記第１閾値より低い場合には、前記検出電流値が前記第１閾値より低い所定の第２閾値を超えないように、前記所定のスイッチング素子の駆動パターンを調整する、電動圧縮機。
前記第２閾値は、前記モータ駆動制御における起動時に生じる起動電流のピーク値である、請求項１に記載の電動圧縮機。
前記制動制御における前記所定のスイッチング素子の前記駆動パターンの調整は、所定の周期に占める前記所定のスイッチング素子におけるオン状態の時間の割合を示すデューティ比を、前記所定の周期毎に変更することにより実行される、請求項１又は２に記載の電動圧縮機。
前記制御部は、前記制動制御の開始時に、前記デューティ比について予め定めた初期デューティ比に基づく時間分だけ前記所定のスイッチング素子をオン状態にした後、前記検出電流値が前記第２閾値以下である場合には、前記デューティ比を所定割合分だけ増加させ、前記検出電流値が前記第２閾値より高い場合には、前記デューティ比を維持し、又は、前記デューティ比を前記所定割合分だけ減少させる、請求項３に記載の電動圧縮機。
前記複数のスイッチング素子は、前記直流電源の高圧ラインと接地ラインとの間において、直列的に接続される同位相の一対のハイサイド素子及びローサイド素子を、複数の相分だけ並列的に有して構成され、
前記駆動パターンの調整の対象となる前記所定のスイッチング素子は、全ての前記ハイサイド素子又は全ての前記ローサイド素子であり、
前記制御部は、前記制動制御として、全ての前記ハイサイド素子又は全ての前記ローサイド素子に対して、同時に且つ断続的にオン状態にするゼロベクトル通電を実行する、請求項１〜４のいずれか一つに記載の電動圧縮機。